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Die Erfindung betrifft einen Aktuator und ein Ventil mit einem solchen Aktuator, wie insbesondere ein Thermostatventil mit einem solchen Aktuator.
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Aktuatoren für Thermostatventile insbesondere für den Kühlmittelkreislauf sind mit einem Wachsmaterial als Dehnstoff gefüllt, um bei veränderlichen thermischen Verhältnissen eine Regelung eines Kühlmittelflusses mittels eines Schaltelements zu bewirken.
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Dabei verändert das Wachsmaterial bei einer spezifischen Kenntemperatur seinen Zustand und eine nahezu sprungartige Änderung im Volumen resultiert, weshalb ein in einer wachsgefüllten Kammer angeordneter Kolben aufgrund der Temperaturveränderung eine Verlagerung erfährt.
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Dabei ist der Schaltpunkt von der Temperatur des Wachsmaterials abhängig, welches von dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs umspült ist oder in indirektem Kontakt damit steht.
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Zur Steuerung der Temperatur des Wachsmaterial ist es bekannt, dass in das Thermostatventil eine zusätzliche Heizung eingebaut wird, welche das Wachs gegenüber der Kühlmitteltemperatur zusätzlich erwärmt, um ein früheres Schalten des Schaltelements zu bewirken, als es durch die Kühlmitteltemperatur veranlasst wäre.
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Dies bedeutet aber auch, dass für das Erwärmen des Wachsmaterials ein gewisser Zeitraum nötig ist, um die eingetragene Energie in eine gleichmäßige Temperaturerhöhung umzuwandeln. Auch kann keine Temperaturreduktion bewirkt werden, da das Abführen von thermischer Energie durch eine zusätzliche Heizung grundsätzlich nicht möglich ist.
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Aktuator zu schaffen, der gegenüber den Aktuatoren des Standes der Technik relativ einfach und kostengünstig aufgebaut und herzustellen ist und dennoch eine verbesserte Regelbarkeit erlaubt.
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Die Aufgabe zu dem Aktuator wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem Gehäuse in welchem ein Zylinderraum aufgenommen ist, mit einem in dem Zylinderraum aufgenommenen Kolben, welcher den Zylinderraum in zwei Teilräume unterteilt, wobei in dem Kolben zumindest eine Überströmöffnung oder einen Ringspalt für ein in dem Zylinderraum aufgenommenes Medium aufweist, wobei der Kolben mittels einer Kolbenstange versehen ist, welche aus dem Gehäuse herausragt, mit einem Mittel zur axialen Verlagerung des Gehäuses entgegen der Kraft eines Kraftspeichers, welcher an dem Gehäuse in axialer Richtung angreift, und mit einem Steuermagneten zur Steuerung eines Magnetfelds in den Teilräumen, wobei als Medium ein magnetorheologisches Fluid in dem Zylinderraum enthalten ist. durch die Verwendung eines magnetorheologischen Fluids kann die Viskosität des Fluids gezielt gesteuert werden, so dass eine gezielte Ansteuerung des Aktuators und seiner Eigenschaften vorgenommen werden kann.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Kolbenstange außerhalb des Gehäuses axial festgelegt ist. Dadurch wird bewirkt, dass das Gehäuse sich als hülsenartiges Element in axialer Richtung bewegt. Dadurch kann eine gute und sichere Führung der Hülse in einem Ventil erreicht werden.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn der Kolben eine umlaufende Dichtung aufweist, die zylindrische Außenfläche des Kolbens gegenüber der hohlzylindrischen Innenwandung des Zylinderraums abdichtet. Dadurch werden Leckageströme vermieden.
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Alternativ kann ein Ringspalt zwischen Kolben und Hülse zur Überströmung vorgesehen sein.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Mittel ein Hubmagnet oder eine Unterdruckdose, ein hydraulischer oder pneumatischer Aktuator o.ä. ist. Dieser kann das Gehäuse in axialer Richtung beaufschlagen und verlagern. Dabei kann eine gute Regelbarkeit der Beaufschlagung und Verlagerung erzielt werden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn der Hubmagnet ein Magnet oder insbesondere ein Ringmagnet ist, welche benachbart zu einem Gehäuseende des Gehäuses angeordnet ist. Dadurch kann eine einfache Montage erreicht werden und es kann eine einfache Beaufschlagung des Gehäuses mittels des Hubmagneten erreicht werden. Der Hubmagnet erzeugt ein ansteuerbares Magnetfeld, was auf magnetische Elemente des Gehäuses wirkt, um dieses in axialer Richtung zu verlagern.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Steuermagnet ein Magnet oder Ringmagnet ist, welcher in einem mittigen Bereich des Gehäuses angeordnet ist. So kann besonders vorteilhaft sein, wenn der Magnet oder Ringmagnet mittig des Gehäuses ist, weil dann das Fluid nahezu gleichmäßig mit dem Magnetfeld beaufschlagt werden kann, um seine viskosen Eigenschaften zu verändern.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Steuermagnet ein Ringmagnet ist, welcher in einem mittigen Bereich des Gehäuses das Gehäuse umgreift. Dies bewirkt eine gute Raumausnutzung bei guten magnetischen Eigenschaften.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Hubmagnet und/oder der Steuermagnet ein steuerbarer Elektromagnet ist.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn der Kraftspeicher eine Druckfeder ist, welche sich an dem Gehäuse in axialer Richtung abstützt.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse an seinen beiden Endbereichen mittels Gleitlagern gelagert ist. Dadurch kann ein Verkippen des Gehäuses verhindert werden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse mit oder ohne eine Kulissenführung zum Steuern eines Schaltelements eines Thermostatventils ausgebildet ist. Dadurch kann eine einfache Anlenkung insbesondere eines verdrehbaren Schaltelement bewirkt werden.
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Die Aufgabe zu dem Thermostatventil wird mit den Merkmalen von Anspruch 12 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Ventil, wie Thermostatventil, mit einem Ventilgehäuse mit darin aufgenommenem Aktuator und mit einem mit dem Aktuator verbundenen Schaltelement zur Regelung eines Durchflusses eines Fluids durch das Ventil, wobei der Aktuator ein Aktuator der vorhergehenden Ansprüche ist.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Schaltelement ein Schieber ist, welcher in axialer Richtung verlagerbar ist.
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Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn der axial verschiebbare Schieber drehfest im Ventilgehäuse angeordnet ist.
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Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn das Schaltelement ein Schieber ist, welcher in Umfangsrichtung verdrehbar.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn verdrehbare der Schieber axialfest im Ventilgehäuse angeordnet ist. Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine schematische Ansicht eines Aktuators zur Erläuterung der Erfindung,
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2 eine Explosionsansicht eines Thermostatventils mit einem verdrehbaren Schaltelement,
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3 eine Schnittansicht eines Thermostatventils mit einem axial verschieblichen Schaltelement,
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4 eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Aktuators.
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Die 1 zeigt einen Aktuator 1 mit einem Gehäuse 2, wobei das Gehäuse 2 als zylindrisches Gehäuse bzw. hülsenförmiges Gehäuse ausgebildet ist. Innerhalb des Gehäuses 2 ist ein Zylinderraum 3 vorgesehen, in welchem ein Kolben 4 axial verlagerbar aufgenommen ist. Der Kolben 4 unterteilt den Zylinderraum 3 in zwei Teilräume 5, 6, wobei jeweils ein Teilraum 5, 6 auf der einen bzw. auf der anderen Seite des Kolbens 4 angeordnet ist.
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In dem Kolben 4 sind zwei Überströmöffnungen 7 vorgesehen, die der Überströmung eines Mediums innerhalb des Zylinderraums 3 von einem Teilraum 5 in den anderen Teilraum 6 oder umgekehrt ermöglicht.
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Der Kolben 4 ist mittels einer Kolbenstange 8 relativ zu dem Gehäuse 2 verlagerbar ausgebildet, wobei die Kolbenstange 8 durch das Gehäuse 2 geführt ist und außerhalb des Gehäuses 2 fixierbar bzw. axial festlegbar ist.
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Weiterhin ist ein Mittel 9 zur axialen Verlagerung des Gehäuses 2 vorgesehen, dass an einem Endbereich 10 des Gehäuses 2 angeordnet ist. Am zweiten Endbereich 11 des Gehäuses 2 stützt sich ein Kraftspeicher 12 in axialer Richtung an dem Gehäuse 2 ab. Durch die Einwirkung des Mittels 9 zur axialen Verlagerung des Gehäuses 2 kann sich das Gehäuse 2 in axialer Richtung auf den Kraftspeicher 12 zu bewegen, so dass die Bewegung des Gehäuses 2 entgegen der Rückstellkraft des Kraftspeichers 12 erfolgen kann. Da die Kolbenstange 8 bevorzugt außerhalb des Gehäuses in axialer Richtung festgelegt ist, bleibt der Kolben 4 in seiner Position fest stehen, während das Gehäuse 2 sich in axialer Richtung verlagert. Dadurch bewegt sich der Kolben 4 dennoch relativ zum Gehäuse 2, so dass die Teilräume 5, 6 sich aufgrund einer Relativbewegung des Gehäuses 2 zum Kolben 4 in ihrer Größe verändern.
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Weiterhin ist ein Steuermagnet 13 vorgesehen, welcher im Wesentlichen mittig des Gehäuses 2 angeordnet ist, welcher ansteuerbar ist, um ein steuerbares Magnetfeld im Bereich des Gehäuses 2 zu erzeugen.
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Das Medium innerhalb des Zylinderraums 3 bzw. der Teilräume 5, 6 ist ein magnetorheologisches Fluid, welches seine viskosen Eigenschaften in Abhängigkeit eines von außen angelegten Magnetfeldes verändert.
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Als magnetorheologisches Fluid kann beispielsweise eine Suspension von magnetisch polarisierbaren Partikeln in einer Trägerflüssigkeit angesehen werden.
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Bei Anlegen eines äußeren Magnetfeldes erfolgt eine Kettenbildung der magnetisch polarisierbaren Partikeln, so dass die Viskosität bei angelegtem Magnetfeld sinkt, weil die magnetisch polarisierbaren Partikel Ketten entlang der Feldlinien bilden und aufgrund dieser Ausrichtung der Partikel die Suspension mit steigender Feldstärke dickflüssiger wird.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 kann das Mittel 9 zur axialen Verlagerung beispielsweise ein Hubmagnet oder eine Unterdruckdose sein.
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Entsprechend kann das Gehäuse 2 des Aktuators 1 aufgrund einer magnetischen Kraft aufgrund des vom Hubmagneten erzeugten Magnetfelds in Richtung auf den Kraftspeicher 12 verlagert werden. Auch kann mittels der Unterdruckdose oder auch mit einem anderen Stellelement als Mittel 9 das Gehäuse 2 axial verlagert werden.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Mittel 9 ein Hubmagnet ist, der beispielsweise ringförmig an einem Endbereich des Gehäuses 2 angeordnet werden kann, um eine gesteuerte axiale Verlagerung des Gehäuses 2 relativ zu den feststehenden Kolben 4 bewirken zu können. Bei einer Verlagerung des Gehäuses 2 relativ zu den Kolben 4 verändern sich die Volumina der Teilräume 5, 6, so dass es zu einer Überströmung des Mediums durch die Überströmöffnungen 7 kommt, wobei aufgrund des Steuermagneten 13 die magnetischen Eigenschaften des magnetorheologischen Fluids beeinflussbar sind, so dass auch die dynamischen Eigenschaften des Aktuators steuerbar beeinflussbar sind.
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Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn der Hubmagnet und/oder der Steuermagnet 13 als Ringmagnete ausgebildet sind, die an einem Endbereich bzw. in einem mittigen Bereich des Gehäuses 2 angeordnet sind. Der Hubmagnet und/oder Steuermagnet 13 sind dabei bevorzugt steuerbare Elektromagnete, deren Magnetisierung bzw. das von ihnen erzeugte Magnetfeld einfach und veränderlich angesteuert werden kann.
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Der Kraftspeicher 12 ist als Druckfeder ausgebildet, wobei ein Ende des Kraftspeichers in einer Aufnahme 14 des Gehäuses 2 aufgenommen ist. Dazu weist das Gehäuse 2 eine hohlzylindrische Verlängerung auf, in welche der Kraftspeicher 12 mit einem seiner Enden aufgenommen werden kann.
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Weiterhin ist es besonders bevorzugt, wenn das Gehäuse 2 mittels Gleitlagern 15 axial verlagerbar aufgenommen ist, wobei die Gleitlager 15 bevorzugt jeweils an den beiden Endbereichen 10, 11 des Gehäuses 2 angeordnet sind und das hülsenförmige Gehäuse dort unterstützen.
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Weiterhin ist es für die Anwendung des Aktuators 1 in einem Ventil, insbesondere in einem Thermostatventil, vorteilhaft, wenn das Gehäuse 2 mit einer Kulissenführung zum Steuern eines Schaltelements eines Ventils versehen ist.
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Alternativ kann das Gehäuse 2 auch ohne Kulissenführung ausgebildet sein.
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Weiterhin weist der Kolben 4 eine umlaufende Dichtung auf, welche die zylindrische Außenfläche des Kolbens gegenüber der hohlzylindrischen Innenwandung des Zylinderraums abdichtet.
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Die 2 zeigt in einer schematischen Darstellung Teile eines Thermostatventils 20 mit einem Gehäuseteil 21, einem Schaltelement 22 und einem Aktuator 23. Der Aktuator 23 weist einen innerhalb des Zylinderraums angeordneten Kolben auf, der mittels der Kolbenstange 27 fixierbar ist, wobei das Gehäuse 24 des Aktuators 23 entgegen der Kraft des Kraftspeichers 25 in axialer Richtung verlagerbar ist.
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Mit dem Gehäuse 24 ist das Schaltelement 22 über ein Betätigungsmittel verbunden, dass in die spiralförmige Kulissenführung 26 eingreifen kann, wobei das Schaltelement 22 in axialer Richtung fest in dem Gehäuse 21 angeordnet ist, wobei bei Verlagerung des Gehäuses 24 des Aktuators 23 aufgrund des Eingriffs in die Kulissenführung 26 das Schaltelement 22 verdreht wird. Damit können Fluidströmungen gesteuert werden, in dem das Schaltelement 22 Ein- und/oder Auslassöffnungen im Gehäuse des Ventils öffnen bzw. verschließen kann, um eine gezielte Strömung durch das Ventil ansteuern zu können.
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Die 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ventils 30 mit einem Gehäuse 31 und einem darin angeordneten Aktuators 32. Das Ventil 30 weist ein Schaltelement 33 auf welches topfartig ausgebildet ist und mit dem Gehäuse 34 des Aktuators verbunden ist. Der Aktuator 32 weist weiterhin eine Kolbenstange 35 auf, die mit dem Gehäuse des Ventils verbindbar ist, so dass die Kolbenstange 35 in axialer Richtung fixiert ist. Das Gehäuse 34 des Aktuators 32 ist in axialer Richtung verlagerbar, wobei sich dabei das Schaltelement 33 gegen den Kraftspeicher 36 in axialer Richtung abstützt, so dass eine Verlagerung des Schaltelements 33 mittels des Gehäuses 34 des Aktuators 32 entgegen der Rückstellkraft des Kraftspeichers 36 erfolgt. Das Gehäuse 34 ist innerhalb des Gehäuses 31 mittels Gleitlagern 37 gleitend gelagert. Bei einer Beaufschlagung des Aktuators 32 erfolgt eine axiale Verlagerung des Gehäuses 34 des Aktuators 32, was in einer axialen Verlagerung des Schaltelements 33 des Ventils resultiert, um Einlass- und/oder Auslassöffnungen des Ventils aufgrund der Verlagerung des Schaltelements 33 steuern zu können.
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Alternativ zeigt die 4 einen Aktuator 40 mit einem Gehäuse 41, wobei das Gehäuse 41 als zylindrisches Gehäuse bzw. hülsenförmiges Gehäuse ausgebildet ist. Innerhalb des Gehäuses 41 ist ein Zylinderraum 42 vorgesehen, in welchem ein Kolben 43 axial verlagerbar aufgenommen ist. Der Kolben 43 unterteilt den Zylinderraum 42 in zwei Teilräume 44, 45, wobei jeweils ein Teilraum 44, 45 auf der einen bzw. auf der anderen Seite des Kolbens 43 angeordnet ist. Der Kolben 43 belässt radial außen zwischen der Außenwand 46 des Kolbens 43 und der Innenwand 47 des Gehäuses einen Ringspalt 48 zur Überströmung des Fluids.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuator
- 2
- Gehäuse
- 3
- Zylinderraum
- 4
- Kolben
- 5
- Teilraum
- 6
- Teilraum
- 7
- Überströmöffnung
- 8
- Kolbenstange
- 9
- Mittel
- 10
- Endbereich
- 11
- Endbereich
- 12
- Kraftspeicher
- 13
- Steuermagnet
- 14
- Aufnahme
- 15
- Gleitlager
- 20
- Ventil
- 21
- Gehäuse
- 22
- Schaltelement
- 23
- Aktuator
- 24
- Gehäuse
- 25
- Kraftspeicher
- 26
- Kulissenführung
- 27
- Kolbenstange
- 30
- Ventil
- 31
- Gehäuse
- 32
- Aktuator
- 33
- Schaltelement
- 34
- Gehäuse
- 35
- Kolbenstange
- 36
- Kraftspeicher
- 37
- Gleitlager
- 40
- Aktuator
- 41
- Gehäuse
- 42
- Zylinderraum
- 43
- Kolben
- 44
- Teilraum
- 45
- Teilraum
- 46
- Außenwand
- 47
- Innenwand
- 48
- Ringspalt
